Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus räumlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen

René Werner; Jan Ehrhardt; Thorsten Frenzel; Dennis Säring; Daniel Low; Heinz Handels

doi:10.1007/3-540-32137-3_2

Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus räumlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen

Translated title of the contribution: Reconstruction of 4D-CT data in spatio-temporal CT segment sequences for the analysis of respiratory organ motion

René Werner, Jan Ehrhardt, Thorsten Frenzel, Dennis Säring, Daniel Low, Heinz Handels

Institute of Medical Informatics

Abstract

Atmungsbedingte Organbewegungen stellen eines der Hauptprobleme der Strahlentherapie thorakaler und abdominaler Tumoren dar. Die Entwicklung von Lösungsansätzen bedarf der Analyse des räumlich-zeitlichen Verhaltens der strahlentherapeutisch relevanten Volumina, z.B. auf Basis von 4D-CT-Daten. Moderne CT-Scanner gestatten allerdings lediglich die simultane Aufnahme einer begrenzten Anzahl benachbarter Körperschichten. Um dennoch Bewegungen größerer Volumina untersuchen zu können, werden durch wiederholtes Scannen der entsprechenden anatomischen Segmente räumlich-zeitliche CT-Segmentfolgen generiert. Es kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass für die Scans der unterschiedlichen anatomischen Segmente die Zeitpunkte relativ zum Atemzyklus des Patienten einander entsprechen. Werden 3DCT-Daten zu einem vorgegebenen Zeitpunkt des Atemzyklus ausschließlich aus den aufgezeichneten Datensegmenten zusammengesetzt, treten folglich Bewegungsartefakte an den Segmentgrenzen auf. Dieser Beitrag präsentiert ein Verfahren zur Rekonstruktion von (3D+t)-CT-Daten (4DCT-Daten), das zur Reduktion der Artefakte führt. Hierzu wird der Optische Fluss zwischen den aufgezeichneten Datensegmenten bestimmt und zur Interpolation von Datensegmenten für vorgegebene Zeitpunkte des Atemzyklus eingesetzt. Die rekonstruierten 4D-CT-Daten bilden die Grundlage der Analyse und Visualisierung der Bewegungen der dargestellten Bildstrukturen (Lungenflügel, Bronchialbaum, Lungentumoren).

Translated title of the contribution	Reconstruction of 4D-CT data in spatio-temporal CT segment sequences for the analysis of respiratory organ motion
Original language	German
Title of host publication	Bildverarbeitung für die Medizin 2006
Number of pages	5
Place of Publication	Berlin, Heidelberg
Publisher	Springer Verlag
Publication date	01.12.2006
Pages	6-10
ISBN (Print)	978-3-540-32136-1
ISBN (Electronic)	978-3-540-32137-8
DOIs	https://doi.org/10.1007/3-540-32137-3_2
Publication status	Published - 01.12.2006
Event	Workshops Bildverarbeitung fur die Medizin 2006 - Hamburg, Germany Duration: 19.03.2006 → 21.03.2006 Conference number: 97563

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10.1007/3-540-32137-3_2

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title = "Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus r{\"a}umlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen",

abstract = "Atmungsbedingte Organbewegungen stellen eines der Hauptprobleme der Strahlentherapie thorakaler und abdominaler Tumoren dar. Die Entwicklung von L{\"o}sungsans{\"a}tzen bedarf der Analyse des r{\"a}umlich-zeitlichen Verhaltens der strahlentherapeutisch relevanten Volumina, z.B. auf Basis von 4D-CT-Daten. Moderne CT-Scanner gestatten allerdings lediglich die simultane Aufnahme einer begrenzten Anzahl benachbarter K{\"o}rperschichten. Um dennoch Bewegungen gr{\"o}{\ss}erer Volumina untersuchen zu k{\"o}nnen, werden durch wiederholtes Scannen der entsprechenden anatomischen Segmente r{\"a}umlich-zeitliche CT-Segmentfolgen generiert. Es kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass f{\"u}r die Scans der unterschiedlichen anatomischen Segmente die Zeitpunkte relativ zum Atemzyklus des Patienten einander entsprechen. Werden 3DCT-Daten zu einem vorgegebenen Zeitpunkt des Atemzyklus ausschlie{\ss}lich aus den aufgezeichneten Datensegmenten zusammengesetzt, treten folglich Bewegungsartefakte an den Segmentgrenzen auf. Dieser Beitrag pr{\"a}sentiert ein Verfahren zur Rekonstruktion von (3D+t)-CT-Daten (4DCT-Daten), das zur Reduktion der Artefakte f{\"u}hrt. Hierzu wird der Optische Fluss zwischen den aufgezeichneten Datensegmenten bestimmt und zur Interpolation von Datensegmenten f{\"u}r vorgegebene Zeitpunkte des Atemzyklus eingesetzt. Die rekonstruierten 4D-CT-Daten bilden die Grundlage der Analyse und Visualisierung der Bewegungen der dargestellten Bildstrukturen (Lungenfl{\"u}gel, Bronchialbaum, Lungentumoren).",

author = "Ren{\'e} Werner and Jan Ehrhardt and Thorsten Frenzel and Dennis S{\"a}ring and Daniel Low and Heinz Handels",

year = "2006",

month = dec,

day = "1",

doi = "10.1007/3-540-32137-3_2",

language = "Deutsch",

isbn = "978-3-540-32136-1",

series = "Informatik aktuell",

publisher = "Springer Verlag",

pages = "6--10",

booktitle = "Bildverarbeitung f{\"u}r die Medizin 2006",

note = "Workshops Bildverarbeitung fur die Medizin 2006<br/>, BVM 2006 ; Conference date: 19-03-2006 Through 21-03-2006",

}

Werner, R, Ehrhardt, J, Frenzel, T, Säring, D, Low, D & Handels, H 2006, Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus räumlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen. in Bildverarbeitung für die Medizin 2006 . Informatik aktuell, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, pp. 6-10, Workshops Bildverarbeitung fur die Medizin 2006
, Hamburg, Hamburg, Germany, 19.03.06. https://doi.org/10.1007/3-540-32137-3_2

Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus räumlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen. / Werner, René; Ehrhardt, Jan; Frenzel, Thorsten et al.
Bildverarbeitung für die Medizin 2006 . Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 2006. p. 6-10 (Informatik aktuell).

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TY - GEN

T1 - Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus räumlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen

AU - Werner, René

AU - Ehrhardt, Jan

AU - Frenzel, Thorsten

AU - Säring, Dennis

AU - Low, Daniel

AU - Handels, Heinz

N1 - Conference code: 97563

PY - 2006/12/1

Y1 - 2006/12/1

N2 - Atmungsbedingte Organbewegungen stellen eines der Hauptprobleme der Strahlentherapie thorakaler und abdominaler Tumoren dar. Die Entwicklung von Lösungsansätzen bedarf der Analyse des räumlich-zeitlichen Verhaltens der strahlentherapeutisch relevanten Volumina, z.B. auf Basis von 4D-CT-Daten. Moderne CT-Scanner gestatten allerdings lediglich die simultane Aufnahme einer begrenzten Anzahl benachbarter Körperschichten. Um dennoch Bewegungen größerer Volumina untersuchen zu können, werden durch wiederholtes Scannen der entsprechenden anatomischen Segmente räumlich-zeitliche CT-Segmentfolgen generiert. Es kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass für die Scans der unterschiedlichen anatomischen Segmente die Zeitpunkte relativ zum Atemzyklus des Patienten einander entsprechen. Werden 3DCT-Daten zu einem vorgegebenen Zeitpunkt des Atemzyklus ausschließlich aus den aufgezeichneten Datensegmenten zusammengesetzt, treten folglich Bewegungsartefakte an den Segmentgrenzen auf. Dieser Beitrag präsentiert ein Verfahren zur Rekonstruktion von (3D+t)-CT-Daten (4DCT-Daten), das zur Reduktion der Artefakte führt. Hierzu wird der Optische Fluss zwischen den aufgezeichneten Datensegmenten bestimmt und zur Interpolation von Datensegmenten für vorgegebene Zeitpunkte des Atemzyklus eingesetzt. Die rekonstruierten 4D-CT-Daten bilden die Grundlage der Analyse und Visualisierung der Bewegungen der dargestellten Bildstrukturen (Lungenflügel, Bronchialbaum, Lungentumoren).

AB - Atmungsbedingte Organbewegungen stellen eines der Hauptprobleme der Strahlentherapie thorakaler und abdominaler Tumoren dar. Die Entwicklung von Lösungsansätzen bedarf der Analyse des räumlich-zeitlichen Verhaltens der strahlentherapeutisch relevanten Volumina, z.B. auf Basis von 4D-CT-Daten. Moderne CT-Scanner gestatten allerdings lediglich die simultane Aufnahme einer begrenzten Anzahl benachbarter Körperschichten. Um dennoch Bewegungen größerer Volumina untersuchen zu können, werden durch wiederholtes Scannen der entsprechenden anatomischen Segmente räumlich-zeitliche CT-Segmentfolgen generiert. Es kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass für die Scans der unterschiedlichen anatomischen Segmente die Zeitpunkte relativ zum Atemzyklus des Patienten einander entsprechen. Werden 3DCT-Daten zu einem vorgegebenen Zeitpunkt des Atemzyklus ausschließlich aus den aufgezeichneten Datensegmenten zusammengesetzt, treten folglich Bewegungsartefakte an den Segmentgrenzen auf. Dieser Beitrag präsentiert ein Verfahren zur Rekonstruktion von (3D+t)-CT-Daten (4DCT-Daten), das zur Reduktion der Artefakte führt. Hierzu wird der Optische Fluss zwischen den aufgezeichneten Datensegmenten bestimmt und zur Interpolation von Datensegmenten für vorgegebene Zeitpunkte des Atemzyklus eingesetzt. Die rekonstruierten 4D-CT-Daten bilden die Grundlage der Analyse und Visualisierung der Bewegungen der dargestellten Bildstrukturen (Lungenflügel, Bronchialbaum, Lungentumoren).

UR - https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-34247540560&origin=inward&txGid=0f94c33823388d89e6334b5ad7e47b7e

U2 - 10.1007/3-540-32137-3_2

DO - 10.1007/3-540-32137-3_2

M3 - Konferenzbeitrag

SN - 978-3-540-32136-1

T3 - Informatik aktuell

SP - 6

EP - 10

BT - Bildverarbeitung für die Medizin 2006

PB - Springer Verlag

CY - Berlin, Heidelberg

T2 - Workshops Bildverarbeitung fur die Medizin 2006<br/>

Y2 - 19 March 2006 through 21 March 2006

ER -

Rekonstruktion von 4D-CT-Daten aus räumlich-zeitlichen CT-Segmentfolgen zur Analyse atmungsbedingter Organbewegungen

Abstract

UN SDGs

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